伊利石粘土(伊利石粘土)
伊利石粘土以伊利石矿物为特征。伊利石，也称为水白云母，是胶状分散的水白云母。伊利石是一种富含钾的硅酸盐云母粘土矿物，因首次发现于美国伊利岛上而得名。它的化学式是:
k 1-x(H2O)x { Al2[als i3 o 10](OH)2-x(H2O)x }
伊利石通常呈鳞片状，白色，无膨胀性，可塑，粒度一般小于4μm，呈粘土状。除伊利石外，伊利石粘土通常含有应时、白云母、绢云母、绿泥石、黄铁矿、褐铁矿、高岭石和金红石。
伊利石是白云母风化转化为粘土矿物的中间产物。常见于风化形成的粘土中，如云母片岩和片麻岩。在中酸性火成岩风化形成的土壤中也很常见。
我国伊利石粘土矿主要产于华凯瓯海、浙江淳安、甘肃天水、西和、河南平顶山。其中，在浙江省瓯海县渡船头伊利石矿床进行了详细的地质勘查工作。河南平顶山郊区的伊利石矿已探明C级储量2000万吨。矿床顶板为第四系残坡积盖层，厚1 ~ 10m，矿体厚20 ~ 30m。
二、伊利石粘土矿的主要用途和工业要求
1.主要用途
伊利石具有良好的吸附性、细度、脆性和白度，适用于陶瓷、塑料、造纸、化肥等行业。
陶瓷工业:用于制作釉面砖、马赛克、空心砖等。
塑料工业:作为填料，具有增强性能；
造纸工业:用作填料和涂料。
此外，还可作为肥料原料，经处理后可制成钾钙肥、钾氮肥、钾氮复混肥等。
2.工业要求
工业上对伊利石粘土的一般要求是:低硬度、高白度；化学成分中Al2O3、K2O、H2O含量(wB/%)越高越好，Fe2O3+TiO2 < 0.8%，Al2O3 > 26%，K2O > 4%，SiO 2 < 54%；白度> 84%。
出口质量标准见表3-12-1。
表3-12-1中国建筑材料设备进出口公司伊利石粘土出口质量标准
地质工作要求可参照高岭土矿的要求。
第三，伊利石粘土的增白处理
伊利石粘土与高岭土、滑石性质相似，主要用于塑料、造纸、橡胶、化妆品、涂料等工业领域。伊利石粘土的白度是影响其工业利用的关键指标。自然界产出的高白度、高质量的伊利石粘土矿物很少，大部分伊利石粘土矿物因杂质多、白度低，只能作为低品位原料。影响伊利石粘土矿物白度的主要杂质矿物有钛矿物(锐钛矿、金红石)、铁矿物(褐铁矿、黄铁矿等)。)、绿泥石、暗应时、长石等。、以及无机和有机碳。因此，提高伊利石粘土白度的处理过程包括提纯过程。提高伊利石粘土白度的主要方法如下:
1.烘烤方法
伊利石粘土矿物常含隐晶质无机碳或有机碳，经焙烧可挥发。吕先军等人对浙东伊利石矿石进行了焙烧增白试验。矿石粒度为-2mm，在900℃焙烧0.5h后，白度达到96.2%。90%的原矿由-2mm磨至-200目后，焙烧后白度由96.2%降至87.5%。原因是Fe2+在高温下转化为Fe3+,锐钛矿转化为金红石，而且这种转化随着原矿的细度越来越明显。
焙烧前酸浸可明显降低铁含量，提高白度的效果优于直接焙烧。
2.矿物加工和提纯
伊利石粘土矿一般采用磨矿分级提纯工艺，必要时加磁选。分级重选提纯主要是分离粒度粗、硬度大的脉石矿物，如应时。
张凌燕等对浙江温州应时伊利石矿石进行了重选、提纯和增白试验研究。选矿提纯的工艺路线为:粗磨→超细磨→水力分级→高梯度磁选。最终获得了白度83.3%，-2μm颗粒含量80.4%的伊利石精矿。研究过程中发现，铁、钛矿物主要集中在以应时为主的粗粒级，即伊利石矿石的破碎和超细破碎效果对其后续作业影响很大。用CM-300高速冲击式粉碎机对应时伊利石矿进行了半工业试验。粉碎机主轴转速2400 r/min；分级机的粒度为-10μm，转速为1300转/分。测试结果如表3-12-2和表3-12-3所示。
表3-12-2高速冲击破碎机破碎试验结果(%)
表3-12-3高速冲击破碎机细颗粒分析结果
从上面两个表可以看出，选择性破碎效果不错。在显微镜下观察细产品和粗产品，并通过X射线衍射进行分析。富含细颗粒的矿物是片状伊利石。粗粒矿物主要是应时、黄铁矿、金红石和锐钛矿。粗颗粒中Fe2O3的含量比细颗粒中的高7倍，TiO2的含量高5倍。破碎后，50% ~ 70%的铁、钛杂质矿物被除去。
超细磨矿效果好，产品平均粒度为1.71μ m，-10μ m含量达到98.8%，为进一步用水力旋流器分级和高梯度磁选提供了良好的技术指标。
对于嵌有铁、钛矿物的微细粒伊利石粘土矿，单纯采用湿式高梯度强磁选机除铁效果不佳。潘家粉采用磁团聚分离工艺处理劣质伊利石粘土矿，取得了良好的效果。磁种为天然磁铁矿粉，湿式高梯度磁选机场强为1.4 ~ 1.5t，矿浆pH值为5.5 ~ 6.6。除铁率达到53%，白度可提高到79%。
第四，伊利石粘土矿的应用
1.钾氮肥的制备
化工部天津化工研究设计院与其他单位合作，开发了伊利石化学加工综合利用的工艺路线。产品包括活性硅粉、硫酸铝、钾氮肥、活性氧化铝等。并于1995、165438+10月建成一套5000t/a工业装置，实现销售收入1495万元/a，净利润244.25万元/a，社会效益和经济效益显著。
伊利石粉末的化学成分见表3-12-4。
表3-12-4伊利石矿石的化学成分
工艺流程如图3-12-1所示。
图3-12-1伊利石化学加工工艺流程图
产品质量:氮钾肥，K2O > 11%，氮含量> 14%；钾明矾，食品级；工业级硫酸铝；活性硅粉，达到1997制定的活性硅粉企业标准；无定形氢氧化铝，纯度> 99.5%，比表面积≥ 200m2/g。
由于伊利石浸出是在高温、高压和酸性环境下进行的，因此需要选择合适的设备材料来解决腐蚀问题。
富集氧化钾，提高氢氧化铝的质量，增加氮钾肥的总养分，特别是氧化钾的含量，是伊利石综合利用的关键。通过控制酸浸液的浓度、温度和残酸含量，可以保证钾明矾的结晶。
2.造纸工业用涂料
长春造纸厂用伊利石进行涂布试验，各项指标均符合工业要求，其中平滑度、光泽度、二甲苯吸附量超过国家标准，质量优良，对红、蓝、黑墨水吸附性好。包覆伊利石原料要求:纯度> 98%，粒度< 2微米> 95%。
3.在塑料工业中用作增强填料。
郭、钱定富等人对平顶山郊区伊利石粘土矿的开发利用进行了研究，伊利石粘土矿主要用作塑料增强填料。原矿的矿物组成(wt%)为:伊利石74，应时17，长石4，褐铁矿(含少量针铁矿)3，绿泥石1，菱铁矿1，少量和微量矿物为金红石、黑云母和钛白。
工艺流程如下:伊利石矿→破碎→制浆→筛分→水力旋流器分级→沉淀浓缩→干燥→风选破碎→产品L(包装入库)→改性活化→产品2(包装入库)。
表面改性步骤:首先将伊利石粉末(样品号1)和硬脂酸按100:1.8的比例混合，放入密封搅拌器中，温度控制在80℃，搅拌10分钟，然后按100:1.5的比例加入三乙醇胺。该工艺生产的改性伊利石粉为2号伊利石粉。
橡胶中粘土、轻质碳酸钙、超细活性轻质碳酸钙、白炭黑(填充剂为50分)对比见表3-1#伊利石粉、2#伊利石粉。
表3-12-5各种填料的橡胶性能对比
从表3-12-4可以看出，2#伊利石粉的增强效果与超细活性轻质碳酸钙和硅石相当。
用1#伊利石粉代替轻质碳酸钙，低压灌溉用300米HPVC薄壁管(110×1.8型)性能见表3-12-6。
表3-12-6伊利石粉和轻质钙填充制品的性能对比
分别用1#伊利石粉(代替超细活性轻质碳酸钙)和10 #伊利石粉(代替半补强工业炭黑)制备1000kg两种胶料，内胎挤出和内帘布压延性能良好。性能测试结果见表3-12-7和表3。执行标准为GB 7036-89和GB 2977-89。
表3-12-7 1 #伊利石粉生产的内胎性能
表3-12-8 2 #伊利石粉生产的轮胎性能
河南平顶山塑料助剂厂已建成年产5000吨湿法加工伊利石粉生产线。该产品主要用作塑料增强填料，替代粘土、轻质碳酸钙、超细活性轻质碳酸钙和炭黑。生产的PY系列塑料补强剂可替代N500、N600和N700系列炭黑。
福建华侨大学材料物理化学研究所研制的橡胶填料，利用当地伊利石资源，可以全部或部分替代白炭黑，如表3-12-9所示。
表3-12-9硫化橡胶用改性伊利石微粉与二氧化硅的力学性能对比
注:因为57 phr的白炭黑是塑料配料中的最佳填充量，所以是比较的基础。
在橡胶制品中使用超细改性伊利石粉代替白炭黑，大大降低了橡胶制品的生产成本，具有较高的经济效益。
主要参考文献
[1]《非金属矿业手册》编辑委员会，《非金属矿业手册》(第一卷)，冶金工业出版社，1992.438+02。
[2]王璞等，系统矿物学(钟娟)，地质出版社，1984.8。
[3]吕先军等，浙东伊利石矿增白试验研究，非金属矿，1997.2，第33 ~ 35页。
[4]潘家芬等，山东安丘劣质伊利石开发利用的初步研究，非金属矿产，1997.5，第64页
[5]潘佳芬，磁种法劣质伊利石除铁工艺研究，矿物保护与利用，1998.3。P.16~17 .
张凌燕等，应时型伊利石选择性超细粉碎试验研究，矿物保护与利用，1997.2，第23 ~ 26页。
[7]郭等，伊利石粉体在塑料制品中的开发应用初探，非金属矿产，1996.438+0，第43 ~ 45页。
[8]纪清海，伊利石在平顶山橡胶中的应用研究，矿产保护与利用，1999.3，第25 ~ 27页。
[9]赵霁安，中国伊利石研究开发现状与展望，无机盐工业，1999.4，P.17 ~ 19。